(57)【要約】有機金属化合物からなる原料ガスを用いて薄膜を形成する成膜装置は、内部が真空排気可能な処理容器（２２）と、被処理体（Ｗ）を載置するとともに被処理体（Ｗ）を加熱する加熱ヒータ（３４）が設けられた載置台（２８）と、載置台（２８）の上方に載置台（２８）に対向するように設けられ、載置台（２８）上の被処理体（Ｗ）の外周端よりも外側の領域に向けて原料ガスを導入するガス導入機構（８０）と、載置台（２８）の上方の処理空間（Ｓ）を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が載置台（２８）に接近するように設けられ、下端部と載置台（２８）の周縁部との間でガス出口（９２）を形成する内部区画壁（９０）と、内部区画壁（９０）の下端部に載置台（２８）の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、載置台（２８）の周縁部との間でガス出口（９２）に連通するオリフィス部（９８）を形成するオリフィス形成部材（９６）とを備える。
2011114940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と
を備えた成膜装置。
【請求項２】
前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は０〜１０ｍｍである請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記載置台の周縁部は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項１に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記有機金属化合物は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｏｓ３（ＣＯ）１２、Ｔａ（ＣＯ）５、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２、ＴａＣｌ５、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］、ＣＨ３Ｍｎ（ＣＯ）５、Ｍｎ（ＤＰＭ）３［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］よりなる群から選択される材料からなる請求項１に記載の成膜装置。
【請求項７】
有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と
を備えた成膜装置。
【請求項８】
前記オリフィス形成部材は、環状に形成されており、前記内部区画壁の下端部に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数の支持アームによって支持されている請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記下側の隙間にパージガスを供給するパージガス供給機構をさらに備えた請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記パージガスは、前記原料ガスの成膜反応を抑制するガスである請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記原料ガスは金属カルボニルガスであり、前記パージガスはＣＯガスである請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は０〜１０ｍｍである請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記載置台の周縁部は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されている請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記有機金属化合物は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｏｓ３（ＣＯ）１２、Ｔａ（ＣＯ）５、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２、ＴａＣｌ５、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］、ＣＨ３Ｍｎ（ＣＯ）５、Ｍｎ（ＤＰＭ）３［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］よりなる群から選択される材料からなる請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１７】
有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と、
前記下側の隙間にパージガスを供給するパージガス供給機構と、
前記載置台の周縁部の外側部分を覆うように設けられたカバー部材と
を備え、
前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材と前記カバー部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持され、前記載置台の周縁部の表面は、前記載置台上の被処理体の温度と同等またはそれよりも低い、被処理体の温度の近傍温度に維持される成膜装置。
【請求項１８】
前記パージガスは、前記原料ガスの成膜反応を抑制するガスである請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記原料ガスは金属カルボニルガスであり、前記パージガスはＣＯガスである請求項１８に記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記オリフィス形成部材の内周端と、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端との水平距離は０〜１０ｍｍである請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記ガス導入機構は、
前記処理容器内で前記載置台の上方に対向して配置されたバッフル板と、
前記バッフル板の周縁部に、前記載置台上に載置された前記被処理体の外周端よりも外側の領域に対応する位置に形成されたガス放出口とを有する請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記有機金属化合物は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｏｓ３（ＣＯ）１２、Ｔａ（ＣＯ）５、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２、ＴａＣｌ５、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］、ＣＨ３Ｍｎ（ＣＯ）５、Ｍｎ（ＤＰＭ）３［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］よりなる群から選択される材料からなる請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項２３】
有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、
内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、
前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、
前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、
前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成し、原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持されたオリフィス形成部材と
を備え、
前記載置台は、
前記加熱ヒータを有する載置台本体と、
前記載置台本体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記載置台本体と部分的に接触して温度が調整された周辺リング部材と、
前記被処理体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記周辺リング部材上に設けられるカバーリングと
を有する成膜装置。
【請求項２４】
前記周辺リング部材の外側部分を覆うように設けられたカバー部材をさらに備え、
前記載置台は、前記載置台本体の下に断熱部材を介して設けられ、前記原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持される冷却ベースを有し、前記カバー部材は前記冷却ベースに接触するように設けられて前記原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持される請求項２３に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に原料ガスを用いて薄膜を形成する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体集積回路装置では、微細化にともなって、層間絶縁膜中に形成されるＣｕビアプラグの径が６５ｎｍから４５ｎｍへ縮小されてきており、近い将来、ビアプラグ径はさらに３２ｎｍあるいは２２ｎｍへ縮小されるものと予測されている。【０００３】
このような半導体集積回路装置の微細化にともなって、微細なビアホールあるいは配線溝においては、バリアメタル膜あるいはＣｕシード層の成膜が、従来のＰＶＤ法では、ステップカバレッジの観点から困難となっている。このため、優れたステップカバレッジを実現できるＭＯＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法による成膜技術が注目されている。また、近時多用されている低誘電率材料からなる層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）は熱によりダメージを受けるため、ＭＯＣＶＤ法あるいはＡＬＤ法による成膜をＬｏｗ−ｋ膜にダメージを与えないような低温で行うことが検討されている。【０００４】
ところで、ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法は、一般に金属原子が有機基と結合した有機金属化合物を原料として使うため、形成された膜中に不純物が残留しやすく、このため一見すると良好なステップカバレッジで形成された膜でも膜質が不安定である。例えばＴａバリアメタル膜上にＭＯＣＶＤ法によりＣｕめっきのシード層を形成した場合、形成されたシード層は凝集を生じやすく、Ｔａバリア膜を安定して一様な膜厚で覆うシード層の成膜は困難である。このような凝集を生じたシード層を電極としてＣｕ層の電解めっきを行うと、配線溝あるいはビアホールを充填するＣｕ層中に潜在的な欠陥が含まれ、電気抵抗の増加のみならず、エレクトロンマイグレーション耐性やストレスマイグレーション耐性の劣化などの問題を引き起こす。【０００５】
そこで最近では、金属カルボニル原料を使ったＭＯＣＶＤ法によりバリアメタル膜あるいはシード層を層間絶縁膜上に直接形成する方法が提案されている（例えば特許文献１、２）。金属カルボニル原料は比較的低温で容易に熱分解し金属膜を形成できると同時に金属カルボニル原料の配位子であるＣＯは形成された膜中に残留せずそのまま成膜反応系外へ排気され、不純物の極めて少ない良質なバリアメタル膜やシード層を形成することができる。この方法によりバリアメタル膜として例えばＷ（ＣＯ）６を用いてＷ膜を成膜したり、Ｃｕめっきのシード層として例えばＲｕ３（ＣＯ）１２を用いてＲｕ膜を形成したりすることができる。【０００６】
この場合、金属カルボニル原料は比較的低温において極めて分解し易い性質をもつため、分解抑制作用のあるＣＯガスをキャリアガスとして用いることが行われている。そして、金属カルボニル原料よりなる原料ガスは、処理容器の天井部に設けたシャワーヘッドから供給され、載置台に載置されて加熱された半導体ウエハ上に例えばＣＶＤにより成膜するようになっている。【０００７】
しかし、シャワーヘッドを用いて金属カルボニル原料ガスを供給して成膜を行うと、被処理体である半導体ウエハの中心部の膜厚が大きくて、ウエハの周辺部に行くに従って膜厚が小さくなるような特性となってしまう。【０００８】
そこで、このようなことを回避できる成膜装置として、処理容器の天井部にシャワーヘッドの代わりにバッフル板を設けるとともに、処理容器内の処理空間を囲むように環状の内部区画壁を設け、バッフル板の周縁部に設けたガス放出口から載置台に載置された半導体ウエハの外周端よりも外側の領域に向けて原料ガスを供給するようにしたものが提案されている（特許文献３）。この成膜装置においては、バッフル板の周縁部に設けられたガス放出口から下方に向けて処理空間に供給された原料ガスは、大部分は下方向へ流れ、その一部が処理空間の中心方向へ拡散して流れて行き、これによって被処理体である半導体ウエハの表面に薄膜が形成される。一方、処理空間内のガスは、内部区画壁の下端と載置台との間に形成されている環状のガス出口から下方に向けて排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−６０９４４号公報
【特許文献２】特開２００４−３４６４０１号公報
【特許文献３】特開２００９−２３９１０４号公報
【発明の概要】
【００１０】
上述したようなバッフル板を設けることにより、被処理体である半導体ウエハの中心部への原料ガスの供給が抑制されるため、中心部の膜厚が大きくなることが回避されて膜厚の面内均一性は十分に高く維持できるが、バッフル板の周縁部のガス放出口から放出されたガスの大部分がガス出口から排気されて成膜に寄与する原料ガス量が少なくなるため、成膜速度を十分に高くすることができない。
【００１１】
また、Ｒｕ３（ＣＯ）１２等の有機金属化合物は高価な原料であるため、回収して再利用することが望まれているが、特許文献３のような従来の装置は、載置台が高い温度に設定されているため、載置台周縁部で原料ガスが分解して不要な膜が堆積し、原料の回収が困難である。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、良好な膜厚の面内均一性と、高い成膜速度を両立することができる成膜装置を提供することにある。
また、これに加えて原料を有効に回収することができる成膜装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の第１の観点によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成するオリフィス形成部材とを備えた成膜装置が提供される。
【００１４】
本発明の第２の観点によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材とを備えた成膜装置が提供される。
【００１５】
本発明の第３の観点によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、前記ガス出口に上側の隙間と下側の隙間とを形成するように介在されるとともに、その内周端が前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記上側の隙間がオリフィス部を形成するオリフィス形成部材と、前記下側の隙間にパージガスを供給するパージガス供給機構と、前記載置台の周縁部の外側部分を覆うように設けられたカバー部材とを備え、前記内部区画壁と前記オリフィス形成部材と前記カバー部材は、前記原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持され、前記載置台の周縁部は、前記原料ガスが分解する温度に維持される成膜装置が提供される。
【００１６】
本発明の第４の観点によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、内部に被処理体が収容され、内部が真空排気可能な処理容器と、前記処理容器内に収容され、被処理体を載置するとともに被処理体を加熱する加熱ヒータが設けられた載置台と、前記載置台の上方に前記載置台に対向するように設けられ、前記載置台上の前記被処理体の外周端よりも外側の領域に向けて前記原料ガスを導入するガス導入機構と、前記載置台の上方の処理空間を囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が前記載置台に接近するように設けられ、前記下端部と前記載置台の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁と、前記内部区画壁の下端部に前記載置台の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、前記載置台の周縁部との間で前記ガス出口に連通するオリフィス部を形成し、原料ガスの分解温度よりも低く、かつその固化温度または液化温度よりも高い温度に維持されたオリフィス形成部材とを備え、前記載置台は、前記加熱ヒータを有する載置台本体と、前記載置台本体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記載置台本体と部分的に接触して温度が調整された周辺リング部材と、前記被処理体の周辺部に前記被処理体とは離れて設けられ、かつ前記周辺リング部材上に設けられるカバーリングとを有する成膜装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図である。
【図２】図１の成膜装置に用いるバッフル板の一例を示す平面図である。
【図３】図１の成膜装置に用いる載置台を示す拡大断面図である。
【図４】図１の成膜装置に用いる載置台の一部を示す部分拡大断面図である。
【図５】図１の成膜装置において載置台が降下した時の状態を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の処理容器内の原料ガスの流れを示すための模式図である。
【図６Ｂ】図６Ａのオリフィス部の周囲を拡大してその部分での原料ガスの流れを示す模式図である。
【図７】従来の成膜装置における処理容器内の原料ガスの流れを示すための模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置における載置台の一部を示す部分拡大断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置における載置台の部分を示す側面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の処理容器内の原料ガスの流れを示すための模式図である。
【図１１】第１の実施形態および第２の実施形態の成膜装置、ならびに従来の成膜装置における成膜速度と膜厚の面内均一性を示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置における載置台の一部を示す部分拡大断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の処理容器内の原料ガスの流れと、半導体ウエハおよび各部材の温度を示すための模式図である。
【図１４】ウエハ温度と成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図１５】シールドリングの温度と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る成膜装置におけるパージガス流量と膜厚および膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。
【図１７】カバーリング部材の温度を変化させた時の原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。
【図１８】特許文献３の成膜装置と第３の実施形態の成膜装置およびその中間段階の２つの成膜装置について、原料ガスの付着状況を確認した結果を示すグラフである。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る成膜装置における載置台の一部を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る成膜装置の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１の実施形態に係る成膜装置＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る成膜装置を示す概略構成図、図２は図１の成膜装置に用いられるバッフル板の一例を示す平面図、図３は図１の成膜装置に用いられる載置台を示す拡大断面図、図４は載置台の一部を示す部分拡大断面図、図５は載置台が降下した時の状態を示す図である。ここでは有機金属化合物の原料としてカルボニル系の有機金属化合物であるＲｕ３（ＣＯ）１２を用い、キャリアガスとしてＣＯ（一酸化炭素）を用いてＲｕ金属膜よりなる薄膜を成膜する場合を例にとって説明する。
【００１９】
図１に示すように、第１の実施形態に係る成膜装置２０は、例えばアルミニウム合金等よりなる筒体状の処理容器２２を有している。この処理容器２２は、大径の上部室と、小径の下部室とで構成されており、下部室内が排気空間２４として機能する。この下部室である排気空間２４を区画する下部側壁に排気口２６が形成され、この排気口２６に、排気系１１が接続されている。処理容器２２の上部室には被処理体である半導体ウエハＷを載置して保持する載置台２８が設けられている。また、処理容器２２の天井部の中央部には、処理に必要なガスを処理容器内に取り入れるガス入口７８が形成されている。ガス入口７８には、原料ガス等を供給するガス供給系１４が接続されている。また、処理容器２２の上部にはガス入口７８に連通してガス導入機構８０が設けられる。
【００２０】
排気系１１は、ターボ分子ポンプ１１Ａとドライポンプ１１Ｂを直列接続した構成を有し、前記ターボ分子ポンプ１１Ａにはバルブ１１ｂを介して窒素ガスが供給される。処理容器２２とターボ分子ポンプ１１Ａの間には、可変コンダクタンスバルブ１１ａが設けられ、処理容器２２内の全圧を一定に維持する。処理容器２２をドライポンプ１１Ｂにより粗引するために、ターボ分子ポンプ１１Ａをバイパスする排気経路１１Ｃが設けられており、排気経路１１Ｃにはバルブ１１ｃが設けられている。また、ターボ分子ポンプ１１Ａの下流側には別のバルブ１１ｄが設けられている。なお、ドライポンプ１１Ｂの上流側には、排気ガス中から残留成分を除去するトラップ機構（図示せず）が設けられている。排気系１１のトラップ機構までの排気路には例えばテープヒータ等の排気加熱ヒータが設けられており、排気ガス中の未反応の原料ガスを原料の分解温度よりもより低くかつ固化温度または液化温度以上に維持するようになっており、このトラップ機構を介して未反応の原料ガスを回収可能となっている。
【００２１】
ガス供給系１４は、原料を気化させるバブラ１４Ａと、原料ガスを処理容器２２に導くガス導入ライン１４Ｂとを有している。バブラ１４Ａの内部には、Ｒｕのカルボニル化合物であるＲｕ３（ＣＯ）１２が原料として保持されており、ＭＦＣ（質量流量制御器）１４ｂが介装されたバブリングガスライン１４ａからＣＯガスをキャリアガスとして供給してバブリングすることにより、気化したＲｕ３（ＣＯ）１２ガスが原料ガスとしてガス導入ライン１４Ｂを介して、処理容器２２内へ導入することができる。ＭＦＣ１４ｃが介装されたライン１４ｄからもＣＯガスがキャリアガスとして流すことができるようになっており、原料ガスはこのキャリアガスによりガス導入ライン１４Ｂ内を処理容器２２に向けて搬送される。さらに上記ガス供給系１４には、バルブ１４ｇ、１４ｈおよびＭＦＣ１４ｅが介装されＡｒなどの不活性ガスを供給するライン１４ｆが設けられており、ガス導入ライン１４Ｂを介して前記処理容器１２に供給されるＲｕ３（ＣＯ）１２ガスに必要に応じてこの不活性ガスが添加し得るようになっている。
【００２２】
載置台２８は、全体が例えば円板状に成形されており、その直径は半導体ウエハＷの直径よりも大きく、この上面側に半導体ウエハＷを載置するようになっている。そして、この載置台２８は、処理容器２２の底部側より起立された例えばアルミニウム合金のような金属製の支柱３０の上端部に取り付け固定されている。この支柱３０は、排気空間２４を区画する底部を貫通して下方へ延びており、図示しないアクチュエータにより、載置台２８の全体を上下方向へ昇降可能として任意の位置に停止できるようになっている。また支柱３０の貫通部には、伸縮可能になされた金属製のベローズ３２が設けられており、処理容器２２内の気密性を維持しつつ載置台２８の昇降を許容するようになっている。
【００２３】
載置台２８中には、その上部側に加熱手段として例えばタングステンワイヤヒータやカーボンワイヤヒータのような加熱ヒータ３４が埋設されており、この加熱ヒータ３４により半導体ウエハＷを加熱するようになっている。加熱ヒータ３４の下方にはこの載置台２８の下部や側部を冷却して温度調整する冷媒を流すための冷媒通路３６が設けられている。なお、この載置台２８の詳細については後述する。
【００２４】
載置台２８の周辺部には、複数、例えば３つの（図示例では２つのみ記す）のピン挿通孔３７が設けられており、この各ピン挿通孔３７内にはリフタピン３８が挿通できるようになっている。各リフタピン３８の下端部は、昇降アーム４０に支持されており、この昇降アーム４０は、容器底部をベローズ４２により気密に貫通する昇降ロッド４４により昇降可能になされている。そして、ウエハＷの移載位置に上記載置台２８を下方へ降下させた状態で（図５参照）、リフタピン３８を、載置台２８の上方へ出没させてウエハＷを押し上げたり、押し下げたりするようになっている。
【００２５】
載置台２８を下方へ降下させた位置において、載置台２８の上面の水平レベルに対応する容器側壁に搬送アーム（図示せず）により半導体ウエハＷを搬出入する開口４６が形成されており、この開口４６を開閉するためのゲートバルブ４８が設けられている。
【００２６】
処理容器２２の側壁や天井部にはそれぞれヒータ４９Ａ、４９Ｂが設けられており、これらを所定の温度に維持することにより原料ガスが固化や液化することを防止するようになっている。
【００２７】
載置台２８は、図３および図４にも示すように、半導体ウエハＷを載置する載置台本体５０と、この載置台本体５０の側面と底面とを囲んだ状態で載置台本体５０を支持する基台５２とにより主に構成されている。加熱ヒータ３４は載置台本体５０の内部に設けられ、上記冷媒通路３６は基台５２の内部に設けられている。基台５２は、冷媒通路３６に冷媒を流すことで原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持されるようになっている。なお、図３においてはピン挿通孔３７やリフタピン３８の記載は省略している。
【００２８】
載置台本体５０は、全体がセラミック材や金属で構成されており、円板状をなしている。そして、その内部に略全面に亘って加熱ヒータ３４が絶縁された状態で埋設されており、この上面に直接的に載置されて接している半導体ウエハＷを所望の温度に加熱して温度制御をするようになっている。
【００２９】
載置台本体５０を構成するセラミック材としては、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）等を用いることができ、金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができる。また、この載置台本体５０の直径は、半導体ウエハＷの直径よりも僅かに小さく設定されており、例えば半導体ウエハＷの直径が３００ｍｍの場合には載置台本体５０の直径は２９５ｍｍ程度に設定されている。上記載置台本体５０の周縁部には、断面が直角状に切り取られた段部５４（図４参照）がその周方向に沿ってリング状に形成されている。
【００３０】
また基台５２は、全体が金属により形成されている。そして、基台５２は、内部に上記冷媒通路３６が略全面に亘って設けられた円板状の金属製のベース部５６と、このベース部５６の周縁部に上記載置台本体５０の周面を囲むように設けられたリング状の金属製のエッジリング５８とにより構成されている。冷媒通路３６には、図示しない配管を介して冷媒として冷却水、フロリナート、ガルデン（登録商標）等を流すようになっている。
【００３１】
ベース部５６とエッジリング５８との間には、このエッジリング５８の冷却を緩和するために熱伝導性が低い金属よりなるリング状の熱伝導緩和部材６０が介在されている。具体的には、ベース部５６およびエッジリング５８は、アルミニウムやアルミニウム合金よりなり、熱伝導緩和部材６０は、アルミニウムやアルミニウム合金よりも熱伝導性が劣るステンレススチールよりなっている。熱伝導緩和部材６０は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。また、上記ベース部５６やエッジリング５８はアルミニウムやアルミニウム合金に代えて熱伝導性は少し劣るがステンレススチールを用いるようにしてもよい。エッジリング５８、熱伝導緩和部材６０およびベース部５６は、その上方より複数個のボルト６２により着脱可能（分解可能）に一体的に結合されている。
【００３２】
ベース部５６の上面と載置台本体５０の底部（下面）との間には、断熱材６４が介設されており、これによりベース部５６と載置台本体５０との間の断熱を図るようになっている。この断熱材６４としては、熱伝導性が低くて、かつ耐熱性に優れるセラミック材やステンレススチール等を用いることができる。
【００３３】
エッジリング５８は、半導体ウエハＷの載置面の水平レベルと同一レベルを保ちながら半導体ウエハＷの半径方向外方へ所定の長さだけ延びるリング状のフランジ部６６を有している。フランジ部６６の周縁部には上方に突出する突出部６６ａが円周状に形成されている。
【００３４】
エッジリング５８の内周側の上部には、載置台本体５０側へ突出した突起部６８がその周方向に沿ってリング状に形成されており、この突起部６８は載置台本体５０の段部５４の途中まで延びている。この突起部６８には、これを下方へ貫通させて固定ネジ７０が設けられており、この固定ネジ７０を下方向へ前進させることによって載置台本体５０の周辺部を押圧してこれを固定するようになっている。したがって、エッジリング５８の内周面と載置台本体５０の外周面とは直接的には接触しておらず、両者間には断熱を図る空間部７２が形成されている。また固定ネジ７０は全体で例えば６本程度しか設けられておらず、エッジリング５８と載置台本体５０との間の断熱性を高めるようになっている。
【００３５】
載置台本体５０の段部５４の側面とエッジリング５８の突起部６８の内周面との間には、リング状のシールドリング７４が遊嵌状態で着脱可能に設けられている。このシールドリング７４は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属で構成され、載置台本体５０の側壁への成膜防止、半導体ウエハＷの面内温度均一性の確保、半導体ウエハＷの裏面への成膜防止、載置台本体５０とエッジリング５８との間の断熱等の機能を有している。
【００３６】
エッジリング５８の上面には、半導体ウエハＷの端面であるベベル部に膜が付着することを防止するためのリング状のカバーリング７６が設けられている。このカバーリング７６は、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材で構成されている。このカバーリング７６の温度も基台５２と同様、成膜時には、原料ガスの分解温度未満で、かつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に維持される。
【００３７】
ガス導入機構８０は、処理容器２２の天井部の中央部に設けられたガス入口７８に連通し、かつ載置台２８に対向して設けられており、載置台２８の垂直方向上方から載置台２８上の半導体ウエハＷの外周端よりも外側の領域に向けて原料ガスが放出ないし噴射されるようになっている。したがって、ガス導入機構８０は、載置台２８上に載置された半導体ウエハＷの外側部分にウエハＷを避けるような方向に原料ガスを供給するようになっている。
【００３８】
具体的には、このガス導入機構８０は、ウエハＷの直径よりも大きな直径を有するバッフル板８２を有しており、このバッフル板８２は、処理容器２２の天井部内面から下方に延びる円形リング状の支持部材８４により処理容器２２の天井部から下方へ適長離隔して支持されている。このため、バッフル板８２は、載置台２８上の半導体ウエハＷと対向するように取り付けられていることになる。
【００３９】
バッフル板８２の周縁部には、図２にも示すように、その周方向に沿って円弧状に形成された複数のガス放出口８６が全周に亘って設けられている。複数のガス放出口８６は、載置台２８上の半導体ウエハＷの外周端よりも外側の領域の垂直方向の上方に形成されている。処理容器２２の天井部とバッフル板８２との間の部分は、原料ガスが拡散する拡散室８８として形成されることになり、拡散室８８において外方に拡散された原料ガスが複数のガス放出口８６より下方の処理空間Ｓに向けて放出ないし噴射される。
【００４０】
このように、ガス放出口８６の直下は半導体ウエハＷの外周端よりも外側の領域に対応しているので、原料ガスは半導体ウエハＷの外側の領域に向けて放出され、ウエハＷの上面には直接的には原料ガスが流下されないようになっている。
【００４１】
なお、このような円弧状のガス放出口８６に替えて、周方向に沿って内径の小さなガス噴射孔を多数形成するようにしてもよい。
【００４２】
支持部材８４やバッフル板８２は、熱伝導性が良好な金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金で形成されている。
【００４３】
支持部材８４の下側には、支持部材８４から下方に延長するようにしてリング状の内部区画壁９０が設けられている。この内部区画壁９０は、支持部材８４と連続するように一体化して設けられており、支持部材８４と同じ材料で形成されている。この内部区画壁９０は、載置台２８の上方の処理空間Ｓの周囲を囲むように設けられており、その下端部は載置台２８に接近されている。そして、この内部区画壁９０の下端と載置台２８の周縁部との間に、載置台２８の周方向に沿って環状に排気用のガス出口９２が形成されている。このガス出口９２より処理空間Ｓの雰囲気がウエハＷの外周側から均等に排気されるようになっている。
【００４４】
内部区画壁９０は、載置台２８の周縁部に位置するフランジ部６６およびカバーリング７６の上方に位置されており、ガス出口９２は、カバーリング７６の上面（フランジ部６６の上面も一部含む）と内部区画壁９０の下端面との間に形成されている。このガス出口９２の外周側の流路幅をさらに絞るために内部区画壁９０の下端部にはその周方向に沿ってリング状になされた突起９４がフランジ部６６の突出部６６ａに対応する位置に形成されている。このガス出口９２の上下方向の幅Ｌ１は、２〜１９．５ｍｍの範囲内、例えば５ｍｍ程度に設定される（図４参照）。
【００４５】
内部区画壁９０の下端部にはオリフィス形成部材９６が設けられている。具体的には、このオリフィス形成部材９６は、上記内部区画壁９０の下端部に、これより上記載置台２８の半径方向の内方に向けて延在させて設けられており、載置台２８の周方向に沿ってリング状に形成されている。そして、このオリフィス形成部材９６の下面と載置台２８の周縁部との間で、上記ガス出口９２に連通するオリフィス部９８を形成するようになっている。したがって、このオリフィス部９８は、上記オリフィス形成部材９６の下面と載置台２８の周縁部に配置されたカバーリング７６の上面との間で区画形成され、載置台２８の周方向に沿ってリング状に形成されることになる。
【００４６】
このオリフィス形成部材９６の材料は、上記内部区画壁９０と同じ熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等よりなり、ここでは両者は一体的に成形されている。このように、オリフィス形成部材９６を処理容器２２の中心方向へ延在させて設けることにより、上方から流下してきた原料ガスの一部の流れを処理容器２２の中心方向へ変更させるとともに、オリフィス部９８により排気される雰囲気の流路面積を絞り込むことによって処理空間Ｓにおける原料ガスの滞留時間を適度に長くさせるようになっている。
【００４７】
この場合、上記オリフィス部材９６の内周端は、上記載置台２８上に載置された半導体ウエハＷの外周端の上方と、この上方よりも載置台２８の半径方向の外方へ１０ｍｍだけ離れた位置との間に設定する。具体的には、図４中において、ウエハＷの外周端とオリフィス部材９６の内周端との間の水平方向における距離Ｌ２（上下方向から見た場合の距離）を０〜１０ｍｍの範囲内になるように設定する。このオリフィス部材９６の内周端が長くなってウエハ上に位置すると、膜厚の面内均一性が低下して好ましくなく、また、距離Ｌ２が１０ｍｍよりも大きくなると、オリフィス部９８を設けた効果が少なくなって成膜速度が低下してしまう。また、オリフィス部９８の上下方向の幅Ｌ３（図４参照）は、２〜１９．５ｍｍの範囲内に、例えばガス出口９２の幅Ｌ１と同じ５ｍｍに設定される。
【００４８】
またバッフル板８２のガス放出口８６を形成していない中央部側の直径Ｄ（図１参照）は、ウエハＷの直径以上の大きさであり、例えば直径３００ｍｍのウエハＷを処理する場合には３００ｍｍ以上とする。また、上記バッフル板８２とウエハＷとの間の距離Ｇ（図１参照）は、例えば２５〜６７ｍｍの範囲内に設定する。
【００４９】
なお、処理の際には載置台２８は図４の位置に配置されるが、半導体ウエハＷの搬入出等の処理以外の際には、図５に示すように、載置台２８は下降される。
【００５０】
成膜装置２０の全体の動作、例えばガスの供給の開始、停止、プロセス温度、プロセス圧力、冷媒通路３６に流す冷媒の温度制御は、例えばコンピュータよりなる装置制御部１００により行われる。
【００５１】
成膜装置２０における成膜処理の制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは記憶媒体１０２に記憶されており、この記憶媒体１０２としては、フレキシブルディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリまたはＤＶＤ等を用いることができる。
【００５２】
次に、以上のように構成された成膜装置２０を用いて行われる成膜処理について図６Ａおよび図６Ｂも参照して説明する。図６Ａおよび図６Ｂは処理容器２２内の原料ガスの流れを示すための模式図であり、図６Ｂは図６Ａのオリフィス部の周囲を拡大して示している。
【００５３】
この成膜装置２０においては、まず、処理容器２２内に半導体ウエハＷを搬送して載置台２８上に載置する。処理容器２２内は排気系１１が継続的に駆動されることにより真空引きされて所定の圧力に維持される。また載置台２８に支持された半導体ウエハＷは加熱ヒータ３４により所定の温度に維持されている。
【００５４】
また処理容器２２の側壁、天井部、支持部材８４、内部区画壁９０およびオリフィス形成部材９６もそれぞれヒータ４９Ａ、４９Ｂにより所定の温度に維持されている。この温度は原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲であり、例えば８０℃程度にそれぞれ加熱されている。
【００５５】
この状態で、ガス供給系１４によりキャリアガスとしてのＣＯガスとともに原料ガス（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）が供給され、ガス入口７８よりガス導入機構８０の拡散室８８内へ流入する。
【００５６】
この原料ガスは、バッフル板８２の作用により拡散室８８内をその周囲に向けて拡散し、バッフル板８２の周囲に設けてある各ガス放出口８６より下方に向けて放出され、処理空間Ｓ内を矢印１１０（図６Ａ参照）に示すように流下して行く。この流下する方向は、載置台２８の周縁部であってウエハＷの外周端の外側の領域に向かう方向である。原料ガスの一部は、この流下の途中で矢印１１２（図６Ａ参照）に示すように、処理空間Ｓ内の中央部に向かって拡散して行き、滞留することになる。
【００５７】
これと同時に、上記流下した原料ガスの大部分は内部区画壁９０の下端部に、処理空間Ｓの中央部に向けて延在させて設けたオリフィス形成部材９６に当たり、矢印１１４に示すように、一旦、処理空間Ｓの中央部側へ曲げられる。その原料ガスの一部は処理空間Ｓ内に滞留すると同時に、多くの原料ガスは流路面積が絞り込まれたオリフィス部９８内を流れ、さらにガス出口９２を通って矢印１１５に示すように、処理容器２２内の載置台２８の下方の空間へと流れていくことになる。そして、処理容器２２内の雰囲気は排気口２６を通って容器外へ排出される。処理空間Ｓ内において半導体ウエハＷに供給された原料ガスは、半導体ウエハＷ上で熱分解してＣＶＤによりＲｕ膜が形成される。このときの成膜反応は下記の化学式で示され、反応によってキャリアガスと同じガス種であるＣＯ（一酸化炭素）が発生する。
【００５８】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２  ⇔  Ｒｕ３（ＣＯ）１２↑
Ｒｕ３（ＣＯ）１２↑  ⇔  Ｒｕ３（ＣＯ）１２−ｘ↑＋ＸＣＯ↑
Ｒｕ３（ＣＯ）１２−ｘ↑＋Ｑ  →  ３Ｒｕ＋（１２−Ｘ）ＣＯ↑
Ｒｕ３（ＣＯ）１２↑＋Ｑ  →  ３Ｒｕ＋１２ＣＯ↑
なお、上記化学式において”⇔”は可逆的であることを示し、”↑”はガス状態であることを示し、”↑”が付いていないものは固体状態であることを示し、”Ｑ”は熱が加わることを示す。
【００５９】
このように、排気経路の面積を適度に絞り込んだオリフィス部９８を設けるようにしたので、原料ガスは処理空間Ｓ内に適度な時間滞留し、しかも処理空間Ｓの中央部では原料ガスが過剰にならず、この処理空間Ｓ内の雰囲気はオリフィス部９８およびガス出口９２を介して排出されて行くことになる。すなわち、処理空間Ｓにおいて周辺部と比較して中央部の原料ガス濃度が高くなることはなく、その状態を保ったまま、処理空間Ｓ内への原料ガスを適度に滞留させることができる。
【００６０】
つまり、図７に示すようなオリフィス部を設けずに単に内部区画壁９０と載置台２８との間にガス出口１９２を設けただけの特許文献３の構成の場合には、ガス放出口８６から矢印１１０に示すように流下してきた原料ガスは、矢印１１４ａに示すようにそのままガス出口１９２から排出されるため成膜に寄与する原料ガスの量が少なくなり、成膜速度が小さくなる傾向にあるが、本実施形態の場合には、排気経路の面積を適度に絞り込んだオリフィス部９８の存在により、処理空間Ｓ内の原料ガスの滞留時間を適度に長くすることができるため、膜厚の面内均一性を損なうことなくＲｕ膜の成膜速度を高くすることができる。このため、本実施形態では、膜厚の面内均一性を高く維持したまま、従来よりも高い成膜速度でＲｕ膜を堆積することができる。
【００６１】
この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．００１〜１Ｔｏｒｒの範囲内の圧力、例えば０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）、ウエハ温度が原料ガスの分解温度以上、例えば１５０〜２５０℃の範囲内の温度、例えば１９０℃程度である。また原料ガスの流量は１〜２ｓｃｃｍ、キャリアガスであるＣＯガスの流量は１００ｓｃｃｍである。そして、オリフィス形成部材９６や内部区画壁９０や載置台２８の周縁部のカバーリング７６等は、前述のように原料ガスの分解温度以下で、固化温度または液化温度以上の温度、例えば８０℃程度に設定されているので、これらの部材の表面にはほとんど不要な膜が堆積することはない。
【００６２】
このように、本発明の第１実施形態によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体である半導体ウエハＷの表面に薄膜を形成する成膜装置において、内部に被処理体である半導体ウエハＷが収容され、内部が真空排気可能な処理容器２２と、半導体ウエハＷを載置するとともに半導体ウエハＷを加熱する加熱ヒータ３４が設けられた載置台２８と、載置台２８の上方に載置台２８に対向するように設けられ、載置台２８上の半導体ウエハＷの外周端よりも外側の領域に向けて原料ガスを導入するガス導入機構８０と、載置台２８の上方の処理空間Ｓを囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が載置台２８に接近するように設けられ、下端部と載置台２８の周縁部との間でガス出口９２を形成する内部区画壁９０と、内部区画壁９０の下端部に載置台２８の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、載置台２８の周縁部との間でガス出口９２に連通するオリフィス部９８を形成するオリフィス形成部材９６とを備えることにより、膜厚の面内均一性を高く維持したまま、成膜速度を高くすることができる。
【００６３】
＜第２の実施形態に係る成膜装置＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る成膜装置について説明する。図８は本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図、図９は図８の成膜装置の載置台の部分を示す側面図である。なお、ここに図示されていない部分は第１の実施形態と同様の構成である。また、図８は第１の実施形態における図４に対応するものであり、図４に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００６４】
先の第１の実施形態では、オリフィス形成部材９６を内部区画壁９０と一体的になるように形成したが、本実施形態では、先の第１の実施形態のオリフィス形成部材９６よりも薄くし、さらに、半径方向の幅も大きく設定して円形リング形状に成形したオリフィス形成部材１１６を有している。この薄板円形リング形状のオリフィス形成部材１１６の厚さは、ガス出口９２の幅Ｌ１よりも小さく設定されている。そして、この薄いオリフィス形成部材１１６を内部区画壁９０と載置台２８との間のガス出口９２の中へ挿入するようにして設けられており、この上方と下方とに上側の隙間９２Ａと下側の隙間９２Ｂとが形成されている。この上側の隙間９２Ａがオリフィス部１１８として構成されることになり、このオリフィス部１１８は、第１の実施形態のオリフィス部９８と同様に載置台２８の周方向に沿ってリング状に形成されている。
【００６５】
したがって、第１の実施形態の場合と同様にオリフィス形成部材１１６の内周端は、載置台２８の内方に向けて延在させて設けられることになる。また、このオリフィス形成部材１１６の外周端は、内部区画壁９０の下端部に、その周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数の支持アーム１２０により懸垂状態で支持されている（図９参照）。
【００６６】
支持アーム１２０は、全体で例えば６本程度設けられているだけであり、排気に影響を与えることはほとんどない。この支持アーム１２０も上記オリフィス形成部材１１６と同様に熱伝導性が良好な材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金により形成されており、表面に薄膜が付着しないように第１の実施形態と同様に原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲に設定され、ここでは例えば８０℃程度になるように設定されている。なお、第１の実施形態においてガス出口９２に設けた突起９４は、この第２実施例では設けていない。
【００６７】
ここで上側の隙間９２Ａの上下方向の幅Ｌ１Ａは、１〜５ｍｍ程度であり、下側の隙間９２Ｂの上下方向の幅Ｌ１Ｂは、１〜５ｍｍ程度である。また、このオリフィス形成部材１１６の内周端とウエハＷの外周端との間の水平方向における距離Ｌ２（上下方向から見た場合の距離）は、第１の実施形態と同様に０〜１０ｍｍの範囲内になるように設定している。この理由は第１の実施形態の場合と同じである。
【００６８】
また、ここではエッジリング５８上に設けたカバーリング７６を、内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂとに２分割しており、両リング７６Ａ、７６Ｂ間に僅かな隙間１２２を形成している。そして、この隙間１２２を介して下側の隙間９２Ｂに対してキャリアガスと同じ種類のガスをパージガスとして供給するパージガス供給機構１２６が設けられる。具体的には、このパージガス供給機構１２６は、隙間１２２に対応するエッジリング５８側に、その周方向に沿ってリング状に形成されたガス溝１２４を有している。このガス溝１２４は、支柱３０（図１参照）および載置台２８内を通るように形成されたガス流路１２８に接続されている。具体的には、このガス流路１２８は支柱３０内を垂直に延び、載置台２８における基台５２のベース部５６内を水平に延び、エッジリング５８内を垂直に延びてガス溝１２４に達するようになっている。このガス流路１２８には、マスフローコントローラのような流量制御器１３０や開閉弁１３２が介設されており、必要に応じてパージガスとしてＣＯガスを流量制御しつつ供給し得るようになっている。
【００６９】
図１０は本実施形態の成膜装置における処理容器内の原料ガスの流れを示すための模式図であり、第１の実施形態における図６Ａおよび図６Ｂに対応するものである。本実施形態ではバッフル板８２のガス放出口８６（図１参照）から垂直方向に矢印１１０に示すように流下してきた原料ガスは、その一部が第１の実施形態と同様に矢印１２２に示すように載置台２８の中央部に向けて拡散して行き、容器内で滞留することになる。そして、垂直方向に更に流下してきた原料ガスの一部は、矢印１４０に示すようにガス出口９２の上側の隙間９２Ａであるオリフィス部１１８で流れが絞り込まれて排出されて行く。
【００７０】
また、流下してくる原料ガスの他の一部は、矢印１４２に示すように上記オリフィス形成部材１１６の内側の周縁部の上面に当たって一時的に載置台２８の中央部側へ向かって流れた後に、再び折り返すようにしてオリフィス部１１８を介して流出して行くことになる。このようにして、処理空間Ｓ内の原料ガスは処理空間Ｓ内に一時的に滞留すると同時に流路面積が絞り込まれたオリフィス部１１８内を流れ、矢印１４４に示すように載置台２８の下方へと流れて行くことになる。
【００７１】
このように、排気経路の面積を適度に絞り込んだオリフィス部１１８を設けるようにしたので、原料ガスは処理空間Ｓ内に適度な時間滞留し、しかも処理空間Ｓの中央部では原料ガスが過剰にならず、この処理空間Ｓ内の雰囲気はガス出口９２のオリフィス部１１８を介して排出されて行くことになる。すなわち、処理空間Ｓにおいて周辺部と比較して中央部の原料ガス濃度が高くなることはなく、その状態を保ったまま、処理空間Ｓ内への原料ガスを適度に滞留させることができる。その結果、第１の実施形態と同様、膜厚の面内均一性を高く維持しつつ高い成膜速度でＲｕ膜を堆積することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、このように成膜している際に、パージガス供給機構１２６のガス流路１２８にはパージガスが流量制御された状態で供給されている。このパージガスは、リング状に形成されたガス溝１２４からオリフィス形成部材１１６の下方に設けた下側の隙間９２Ｂ内に流れ込むことになる。この下側の隙間９２Ｂ内に流れ込んだパージガスは、その一部は矢印１４６に示すように外側に向けて吸引されて流れて行く。また、残りのパージガスは矢印１４８に示すように処理空間Ｓ側に向かって行くが、この時、処理空間Ｓ側から下側の隙間９２Ｂ内に流れ込もうとする矢印１５０に示すような原料ガスの流れと衝突するように干渉し、原料ガスがこの下側の隙間９２Ｂ内に流入することを防止することができる。
【００７３】
したがって、載置台２８の周縁部の表面、具体的にはカバーリング７６およびエッジリング５８の表面に不要な膜が堆積することを防止することができる。また、パージガスとしてキャリアガスと同様のＣＯガスを用いており、ＣＯガスは先に説明したように、原料ガスの分解を抑制するように作用するので、不要な膜の堆積防止を一層向上させることができる。この場合、このＣＯガスがこの下側の隙間９２Ｂより処理空間Ｓ側に多量に流れ込んでウエハＷの周縁部まで届くと、このウエハＷの周縁部の上面における成膜が阻害されてしまうので好ましくない。したがって、ＣＯガスの流量は非常に小さくなるように設定し、好ましくは、矢印１４８に示すパージガスが処理空間Ｓ側にほとんど出ることがないような程度に、その流量を設定するのがよい。
【００７４】
このように、本発明の第２の実施形態によれば、有機金属化合物からなる原料ガスを用いて被処理体である半導体ウエハＷの表面に薄膜を形成する成膜装置において、内部に被処理体である半導体ウエハＷが収容され、内部が真空排気可能な処理容器２２と、半導体ウエハＷを載置するとともに半導体ウエハＷを加熱する加熱ヒータ３４が設けられた載置台２８と、載置台２８の上方に載置台２８に対向するように設けられ、載置台２８上の半導体ウエハＷの外周端よりも外側の領域に向けて原料ガスを導入するガス導入機構８０と、載置台２８の上方の処理空間Ｓを囲み、その内外を区画するとともに、その下端部が載置台２８に接近するように設けられ、下端部と載置台２８の周縁部との間でガス出口を形成する内部区画壁９０と、ガス出口９２に上側の隙間９２Ａと下側の隙間９２Ｂとを形成するように介在されるとともに、その内周端が載置台２８の半径方向の内方に向けて延在するように設けられ、上側の隙間９２Ａがオリフィス部１１８を形成するオリフィス形成部材１１６とを備えるようにしたので、膜厚の面内均一性を高く維持したまま、成膜速度を高くすることができる。また、下側の隙間９２Ｂにパージガスを流すようにしたので、載置台２８の周縁部への膜の堆積を防止することができ、第１の実施形態よりも成膜速度を高くすることができる。
【００７５】
＜第１の実施形態および第２の実施形態の評価実験＞
次に、以上のような第１の実施形態および第２の実施形態の成膜装置について評価実験を行った結果について説明する。なお、比較のためにオリフィス部を有しない従来の成膜装置（図７参照）についても実験を行った。
【００７６】
従来の成膜装置では、内部区画壁９０の下端部のガス出口１９２（図７参照）の上下方向の幅を２ｍｍに設定した。また第１の実施形態の成膜装置では、ガス出口９２の幅Ｌ１およびオリフィス部９８の上下方向の幅Ｌ３をともに２ｍｍに設定し、距離Ｌ２を１０ｍｍに設定した（図４参照）。また第２の実施形態の成膜装置では、オリフィス部１１８（上側の隙間９２Ａ）の上下方向の幅Ｌ１Ａを３ｍｍに設定し、下側の隙間９２Ｂの幅Ｌ１Ｂを２ｍｍに設定し、距離Ｌ２を８ｍｍに設定した（図８参照）。また、パージガス供給機構１２６のＣＯガスの流量を１００ｓｃｃｍに設定した。そして、他のプロセス条件は、全て同じになるように設定してＲｕ膜を成膜した。
【００７７】
この時の結果を図１１に示す。図１１は本発明と従来の成膜装置の成膜速度と膜厚の面内均一性を示すグラフである。図１１に示すように、成膜速度に関しては、従来の成膜装置は１．９３ｎｍ／ｍｉｎであった。これに対して、本発明の第１の実施形態の場合は２．１７ｎｍ／ｍｉｎであり、第２の実施形態の場合は２．６６ｎｍ／ｍｉｎであった。このように、第１の実施形態および第２の実施形態の成膜装置では、従来の成膜装置よりも高い成膜速度が得られることが確認された。この中でも特に、第２の実施形態の成膜装置では成膜速度を大幅に向上できることが確認された。
【００７８】
また膜厚の面内均一性については、従来の成膜装置が６％程度である。これに対して、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態は膜厚均一性は低下しているが、いずれも限界値である１０％以下と許容範囲内であることが確認された。
【００７９】
＜第３の実施形態に係る成膜装置＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る成膜装置について説明する。図１２は本発明の第３の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図である。なお、ここに図示されていない部分は第１の実施形態と同様の構成である。また、図１２は第２の実施形態の図８に対応するものであり、図８に示す構成と同一構成部分については同一参照符号を付して、その説明を省略する。
【００８０】
先の第２の実施形態では、載置台２８のエッジリング５８およびシールドリング７４を、加熱している載置台本体５０から断熱した状態で設け、これらの温度を原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度範囲、例えば８０℃に維持するとともに、下側の隙間９２Ｂにパージガスを流すことにより、載置台２８の周縁部のシールドリング７４、カバーリング７６およびエッジリング５８の表面に不要な膜が堆積することを防止するようにしたが、このような構成の場合、載置台２８の周縁部の温度が成膜温度よりも低く、かつ、成膜温度よりも低温のパージガスが半導体ウエハＷの周縁部に達するため、得られる膜厚面内均一性には自ずと限界がある。
【００８１】
そこで、本実施形態では、載置台２８の周縁部の膜の堆積を防止し、かつさらに膜厚均一性を高めることができる構成とする。
【００８２】
本実施形態においては、第２の実施形態のシールドリング７４の代わりに、幅が広く、かつ成膜温度に加熱されている載置台本体５０に部分的に接触したシールドリング７４′を設け、また、第２の実施形態のエッジリング５８の代わりに、載置台本体５０に部分的に接触したエッジリング５８′を設け、これらシールドリング７４′およびエッジリング５８′により周辺リング部材を構成している。
【００８３】
シールドリング７４′は、その内周面と載置台本体５０の外周面との間に僅かな隙間が形成されるように設けられている。また、シールドリング７４′の下面の載置台本体５０側の部分には接触突起７４ａが下方に突出して設けられており、この接触突起７４ａの下面が載置台本体５０の段部５４の上面に接する接触部７４ｂとなっている。これにより、シールドリング７４′は、載置台本体５０の熱が伝熱して加熱される。このシールドリング７４′は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなり、上記構成によりウエハＷの温度とほぼ同じか、または僅かに低い（例えば１０℃以内）温度になるように温度調整されている。シールドリング７４′の温度調整は、接触突起７４ａの接触部７４ｂの接触面積を調整することにより行うことができる。
【００８４】
エッジリング５８′は、その内側上部に段部６８′が形成されている。そして段部６８′の内周面とシールドリング７４′の外周面との間は僅かな隙間が形成されている。段部６８′の下面は載置台本体５０の段部５４の上面に接しており、接触部６８ａとなっている。このエッジリング５８′は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなり、上記構成によりウエハＷの温度とほぼ同じか、または僅かに低い（例えば１０℃以内）温度になるように温度調整されている。エッジリング５８′の温度調整は、段部６８′の接触部６８ａの接触面積を調整することにより行うことができる。エッジリング５８′、熱伝導緩和部材６０、およびベース部材５６は複数個のボルト（図示せず）により結合されている。熱伝導緩和部材６０を設ける代わりに、エッジリング５８′とベース部材５６との間に隙間を形成してもよく、熱伝導緩和部材６０を設け、かつ隙間を設けてもよい。
【００８５】
なお、シールドリング７４′およびエッジリング５８′を接触部７４ｂおよび接触部６８ａにより載置台本体５０に直接接触させることに代えて、熱伝導性の良好な金属材料、例えば、アルミニウム、銅等で形成された熱抵抗が小さいスペーサ部材を介して部分的に接触させてもよく、いずれにしても最も高温状態になる載置台本体５０に対して部分的に接するような状態として、シールドリング７４′およびエッジリング５８′の温度が載置台本体５０の温度よりも低い所定の温度になればよい。
【００８６】
このように、シールドリング７４′およびエッジリング５８′は、載置台本体５０の温度よりも低い温度にされるが、原料ガスとしてＲｕ３（ＣＯ）１２を用いてＲｕ膜を形成する場合には、載置台本体が２１５℃程度、半導体ウエハＷが１９０℃程度、シールドリング７４′およびエッジリング５８′は１８０〜１９０℃程度に加熱される。
【００８７】
また、本実施形態では、エッジリング５８′の外周側（処理容器２２と反対側）を覆うようにアルミニウム等の高熱伝導性材料からなるカバー部材１６４を設けている。カバー部材１６４は、下端部が熱伝導緩和部材６０とベース部５６との間に押圧されるように設けられ、上端部がエッジリング５８′に断熱材１６６を介して取り付けられている。カバー部材１６４はベース部５６の温度に近い、原料ガスの分解温度未満でかつ固化温度または液化温度以上の温度、例えば８０℃程度に維持される。
【００８８】
また、本実施形態では、第２の実施形態におけるパージガス供給機構１２６の代わりに、より高温のパージガスを供給可能なパージガス供給機構１２６′を設けている。このパージガス供給機構１２６′は支柱３０の流路（図示せず）、載置台本体５０と断熱材６４との間の流路１７２、この流路１７２に接続され載置台本体５０の段部５４を垂直に延びる流路１７４、シールドリング７４′と段部５４との間の流路１７６、シールドリング７４′とエッジリング５８′との間の流路１７８、およびエッジリング５８′とカバーリング７６の内周側リング７６Ａとの間の流路１８０からなるガス流路１８２を有しており、流路１８０が内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂとの間の隙間１２２に繋がっている。このため、ガス流路１８２を流れるパージガスは、載置台本体５０、シールドリング７４′、エッジリング５８′により加熱され、半導体ウエハＷの温度と同等か僅かに低い温度、例えば１７０℃程度の温度で隙間９２Ｂへ供給される。
【００８９】
カバーリング７６を内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂに分割することにより、その間にガス流路となる隙間を形成する他、これらの材質を異なるものとする等により、温度勾配を形成することができる。カバーリング７６は３分割以上してもよい。内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂは、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスやアルミニウムやアルミニウム合金等の金属で形成することができる。内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂは同じ材料でも異なる材料でもよく、異なる材料でもよい。例えば、内周側リング７６Ａをセラミックスで形成し、外周側リング７６Ｂをアルミニウムで形成することができる。カバーリング７６は、周辺リングであるシールドリング７４′およびエッジリング５８′の上に形成されているため、シールドリング７４′およびエッジリング５８′よりも若干低く、半導体ウエハＷよりも２０〜３０℃低い温度、例えば１７０℃程度となっている。すなわち、載置台２８の周縁部の表面温度は、被処理体である半導体ウエハＷの温度と同等またはそれよりも低い、ウエハ温度の近傍温度に維持される。なお、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の分解温度は１３０℃以上であり、カバーリング７６は原料ガスの分解温度以上に加熱される。
【００９０】
本実施形態においては、図１３に示すように、第２の実施形態と同様、排気経路の面積を適度に絞り込んだオリフィス部１１８を設けるようにしたので、図１０と同様に原料ガスが流れ、原料ガスは処理空間Ｓ内に適度な時間滞留し、しかも処理空間Ｓの中央部では原料ガスが過剰にならず、この処理空間Ｓ内の雰囲気はガス出口９２のオリフィス部１１８を介して排出されて行くことになるので、処理空間Ｓにおいて周辺部と比較して中央部の原料ガス濃度が高くなることはなく、その状態を保ったまま、処理空間Ｓ内への原料ガスを適度に滞留させることができる。その結果膜厚の面内均一性を高く維持しつつ高い成膜速度でＲｕ膜を堆積することができる。
【００９１】
これに加えて、載置台２８の周縁部の周辺リングを構成するシールドリング７４′とエッジリング５８′が半導体ウエハＷの温度（１９０℃）と同じか僅かに低い温度（１８０〜１９０℃）に設定され、しかもパージガス温度も半導体ウエハＷの温度に近い温度で流れるため、載置台２８上の半導体ウエハＷの周縁部の温度は比較的高温に維持される。このため、第２の実施形態よりも膜厚の面内均一性を高めることが可能となる。
【００９２】
また、従来は、原料ガスが載置台周縁部を通って排出され、しかも載置台の周縁部が半導体ウエハを載置している中央部と同等の温度（例えば２１５℃）に加熱されていたため、載置台周縁部で原料ガスが分解して多量の膜が堆積していたが、本実施形態では、カバーリング７６およびエッジリング５８′の端部は原料ガスの分解温度よりも低い温度、例えば８０℃程度に維持されたオリフィス形成部材１１６で覆われており、かつシールドリング７４′およびエッジリング５８′の載置台本体５０に対して一部のみで接触させて、載置台２８の周縁部のシールドリング７４′およびエッジリング５８′の温度を載置台本体５０よりも低く、半導体ウエハＷと同等はそれよりも僅かに低い温度（１８０〜１９０℃）とし、その上のカバーリング７６の温度をさらに低くすることができるので（例えば１７０℃）、載置台２８の周縁部への膜の堆積を抑制することができる。
【００９３】
また、これに加えて、内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂとの間の隙間１２２から、オリフィス形成部材１１６と、載置台２８の周縁部であるシールドリング７４、カバーリング７６およびエッジリング５８の表面との間の隙間９２Ｂにパージガスを流すようにしたので、これら表面への不要な膜の堆積を一層抑制することができる。このとき、パージガスの温度が１７０℃程度と高いので、流量をある程度大きくしても面内の膜厚変動を小さく維持することができ、パージガスの流量を大きくして不要な膜の堆積を有効に防止することができる。
【００９４】
さらに、これらに加えて、エッジリング５８′の外周側が、原料ガスの分解温度よりも低い温度、例えば８０℃程度に保持されたカバー部材１６４で覆われているので、その部分に堆積する膜の堆積も抑制される。
【００９５】
このように、本実施形態の成膜装置では、膜厚の面内均一性をより向上させることができることに加えて、載置台２８の周縁部への不要な膜の堆積を抑制することができる。また、このように載置台２８の周縁部への不要な膜の付着を抑制することができる結果、半導体ウエハＷ上での反応に寄与しなかった原料ガスを高い割合で未反応のまま排出させることができる。このため、高価な原料ガス（Ｒｕ３（ＣＯ）１２）を高い回収率で回収することが可能となる。
【００９６】
なお、Ｒｕ膜を成膜する場合には、半導体ウエハＷの温度は１５０〜２５０℃が好ましく、オリフィス形成部材１１６およびカバー部材１６４は原料が分解せずにかつ固化ないし液化しない温度である５０〜１２０℃であることが好ましく、カバーリング７６の温度は半導体ウエハＷの温度よりも２０〜３０℃低いことが好ましい。
【００９７】
＜第３の実施形態の評価実験＞
・ウエハ温度と成膜レートとの関係
この第３の実施形態において、実際にＲｕ３（ＣＯ）１２を原料として用いた時のウエハ温度と成膜レートとの関係を調査した結果について説明する。図１４はＲｕ３（ＣＯ）１２を原料として用いた時のウエハ温度と成膜レートとの関係を示すグラフである。ここでは、キャリアガスとしてはＣＯガスを用い、ガス流量はＣＯガスの流量を１００ｓｃｃｍに設定した。図１４に示すように、ウエハ温度が１４０℃よりも低い場合には膜は堆積せず、１４０℃程度の時に成膜が開始される。そして、温度の上昇と共に、成膜レートは急激に上昇して行くことになる。そして、１ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートが必要な場合にはウエハ温度は１７５℃以上に設定し、また２ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートが必要な場合にはウエハ温度は１９０℃以上に設定することが必要であることがわかる。
【００９８】
・載置台本体の周辺部品であるシールドリングの温度と膜厚の面内均一性との関係
次に、載置台本体の周辺部品であるシールドリング７４′の温度と膜厚の面内均一性との関係とを調査した結果について説明する。図１５は載置台本体の周辺部品であるシールドリング７４′の温度と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。ここではキャリアガスとしてはＣＯガスを用い、ガス流量は１００ｓｃｃｍとした。またウエハ温度は１９０℃に設定している。図１５に示すように、シールドリング７４部材の温度が低い場合には、ウエハ表面に堆積した薄膜の膜厚の面内均一性は悪い傾向にあるが、シールドリング部材の温度を上昇させるに従って、膜厚の面内均一性は改善することがわかる。そして、シールドリング部材の温度が１８０℃程度の時に膜厚の面内均一性は６％程度まで改善し、その後はシールドリング部材の温度を上げても、膜厚の面内均一性はほぼ飽和して６％程度を維持している。従って、載置台本体５０に最も近い周辺部品であるシールドリング部材７４′の温度は１８０℃以上に設定するのが好ましいことがわかる。
【００９９】
・パージガス流量と膜厚の面内均一性との関係
次に、本実施形態の成膜装置を用いて実際にパージガスの流量を変化させて成膜した際のＲｕ膜の膜厚および膜厚の面内均一性（１σ［％］）を確認した結果について図１６を参照して説明する。図１６に示すようにパージガス流量を１００ｓｃｃｍまで増加させても、Ｒｕ膜の膜厚および均一性には影響がなく、パージガス流量を大きくして不要な膜の堆積を抑制する効果を大きくできることがわかる。
【０１００】
・周辺部品の温度を制御した場合における原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係
次に、載置台本体の周辺部品であるカバーリング７６の温度を変化させた時の原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係を調査した結果について説明する。図１７は載置台本体の周辺部品であるカバーリング７６の温度を変化させた時の原料の回収率と膜厚の面内均一性との関係を示すグラフである。各試験においてウエハ温度は１９０℃に設定した。また本実施形態の成膜方法である試験１ではカバーリング７６の温度を１７０℃に設定し、試験２ではカバーリング７６の温度をウエハＷと同じ温度である１９０℃に設定し、試験３ではカバーリング７６の温度を８０℃に設定した。また、各試験１〜３において、オリフィス形成部材１１６、内部区画壁９０およびカバー部材１６４の温度を８０℃に設定した。
【０１０１】
図１７のグラフにおいて左側縦軸は原料の回収率を示し、右側縦軸は膜厚の面内均一性を示す。まず本実施形態の成膜装置である試験１の場合には、原料回収率は６０％程度にまで達し、また膜厚の面内均一性は６％程度であって、ともに良好な結果を示している。これに対して、カバーリング７６の温度をウエハ温度と同じ温度である１９０℃にした試験２では、膜厚の面内均一性は試験１と同程度であるが、原料回収率は、低い値となった。またカバーリング７６の温度を８０℃に設定した試験３では、原料の回収率は試験１とほぼ同じであるが、膜厚の面内均一性は低下することが確認された。
【０１０２】
・各種条件における原料回収率
次に、各種条件の成膜装置において原料回収率を調査した。図１８は、特許文献３の成膜装置と第３の実施形態の成膜装置およびその中間段階の２つの成膜装置について、原料ガスの付着状況を確認した結果を示すグラフである。ここでは、載置台２８の周辺リング部材（シールドリング７４′、エッジリング５８′）の温度を１８０〜１９０℃程度、カバーリング７６の温度を１７０℃程度に高くすることを前提としており、Ａはオリフィス形成部材１１６なし、パージガスなし、カバー部材１６４なしの特許文献３の成膜装置、Ｂはオリフィス形成部材１１６ありで、パージガスおよびカバー部材１６４なしの成膜装置、Ｃはオリフィス形成部材１１６およびパージガスありで、カバー部材１６４なしの成膜装置、Ｄは第３の実施形態の成膜装置である。
【０１０３】
図１８に示すように、特許文献３の成膜装置では、半導体ウエハＷへの成膜に寄与しなかった原料ガスの多くがカバーリング７６への膜の堆積に費やされ、未反応の原料ガスとしてはほとんど回収できないのに対し、オリフィス形成部材１１６を設けたＢはカバーリング７６での膜堆積に費やされる原料ガスの量が大幅に低下して未反応の原料ガスが３０．７％まで増加し、さらにパージガスを導入したＣはシールドリング７４′での膜堆積に費やされる原料ガスの量が低下して未反応の原料ガスが３２．０％まで増加し、さらにカバー部材１６４を設けた第３の実施形態の成膜装置では、エッジリング５８′裏面への膜堆積が大幅に低下して未反応の原料ガスが６５．８％まで増加することが確認された。
【０１０４】
このように、本発明の第３の実施形態によれば、成膜速度を高くかつ膜厚の面内均一性をより高くするができるとともに、載置台２８の周縁部への不要な膜の堆積を少なくすることができ、未反応の原料ガスを有効に回収することができる。
【０１０５】
なお、第１の実施形態および第２の実施形態では、載置台２８の周縁部の温度を８０℃程度と成膜反応が生じない程度の温度に維持されているため、不要な膜の堆積は少なく、未反応の原料ガスの回収率を高くすることができる。
【０１０６】
＜第４の実施形態に係る成膜装置＞
次に、本発明の第４実施形態に係る成膜装置について説明する。図１９は本発明の第４の実施形態に係る成膜装置の一部を示す部分拡大断面図である。本実施形態は、第１の実施形態と第３の実施形態を合わせたものであり、それぞれの実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を簡略化する。
【０１０７】
本実施形態では、第１の実施形態と同様内部区画壁９０の下端部に、これと同じ材料でオリフィス形成部材９６を一体的に形成しており、その下方にカバーリング部材７６の上面との間でオリフィス部９８を形成するとともに、ガス出口９２を形成している。また第３の実施形態ではカバーリング７６を内周側リング７６Ａと外周側リング７６Ｂとに２分割しているが、この実施形態では第１の実施形態と同様、カバーリング７６は一体に形成されている。また、パージガスを供給するパージガス供給機構は設けていない。シールドリング７４′およびエッジリング５８′は第３の実施形態と同様に構成され、温度の設定は第３の実施形態と同様となっている。
【０１０８】
この第４の実施形態の場合にも、第１の実施形態と同様、載置台２８の周縁部であってウエハＷの外周端の外側の領域に向かって流下する原料ガスの一部は、この流下の途中で、処理空間Ｓ内の中央部に向かって拡散して行き、滞留することになる。これと同時に、流下した原料ガスの大部分は内部区画壁９０の下端部に、処理空間Ｓの中央部に向けて延在させて設けたオリフィス形成部材９６に当たり、一旦、処理空間Ｓの中央部側へ曲げられる。そして、その原料ガスの一部は処理空間Ｓ内に滞留すると同時に、多くの原料ガスは流路面積が絞り込まれたオリフィス部９８内を流れ、さらにガス出口９２を通って載置台２８の下方の空間へと流れていくことになる。そして、第３の実施形態と同様、カバーリング７６はウエハ温度より僅かな温度だけ低くされているため、これに膜が堆積するのが抑制され、また、８０℃程度と原料ガスの分解温度以下になされたカバー部材１６４によりエッジリング５８′の外側部分への膜の堆積が防止され、未分解のまま排出される原料ガスの割合を増加させて成膜原料の回収率を高めることができる。
【０１０９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、原料の有機金属化合物として、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を用いてＲｕ膜を成膜する場合について説明したが、これに限定されることなく、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｏｓ３（ＣＯ）１２、Ｔａ（ＣＯ）５、ＴＥＭＡＴ（テトラキスエチルメチルアミノチタニウム）、ＴＡＩＭＡＴＡ、Ｃｕ（ＥＤＭＤＤ）２、ＴａＣｌ５、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＢＴＤＥＴ（ターシャリブチルイミド−トリ−ジエチルアミドタンタル）、ＰＥＴ（ペンタエトキシタンタル）、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）、ＴＥＨ（テトラキスエトキシハフニウム）、Ｃｐ２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ５）２］、（ＭｅＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２］、（ＥｔＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）２］、（ｉ−ＰｒＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ３Ｈ７Ｃ５Ｈ４）２］、ＭｅＣｐＭｎ（ＣＯ）３［＝（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）Ｍｎ（ＣＯ）３］、（ｔ−ＢｕＣｐ）２Ｍｎ［＝Ｍｎ（Ｃ４Ｈ９Ｃ５Ｈ４）２］、ＣＨ３Ｍｎ（ＣＯ）５、Ｍｎ（ＤＰＭ）３［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）３］、Ｍｎ（ＤＭＰＤ）（ＥｔＣｐ）［＝Ｍｎ（Ｃ７Ｈ１１Ｃ２Ｈ５Ｃ５Ｈ４）］、Ｍｎ（ａｃａｃ）２［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２］、Ｍｎ（ＤＰＭ）２［＝Ｍｎ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２］、Ｍｎ（ａｃａｃ）３［＝Ｍｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３］のうちの１の材料を用いることもできる。
【０１１０】
また、ここでは被処理体として半導体ウエハを例にとって説明したが、この半導体ウエハにはシリコン基板の他、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの化合物半導体基板も含まれ、さらに半導体ウエハに限定されず、液晶表示装置に用いるガラス基板やセラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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